专利名称：基于卷积turbo编码的HARQ重传方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线移动通信，更具体地，涉及一种基于卷积turbo编码的HARQ重传 方法及其设备
背景技术：
随着无线业务的发展，HARQ在无线通信领域里扮演着越来越关键的角色。这主要 有两个方面的原因首先，将来的无线业务多是上下性不对称、突发性的分组数据业务，对 时延要求不高，对传输的数据质量却有很高的要求。其次，无线传播环境非常复杂。对接收 信号而言，不仅存在各种衰落、移动引起的多普勒平移，而且还有受到各种干扰和噪声的影 响。这些衰落和干扰容易引起随机差错和突发错误，将严重影响传输质量。HARQ技术又称混合自动重发请求，是差错控制技术的一种。差错控制技术的目的 在于提高信号的传输质量，保证信息可靠性。除了 HARQ外，还存在两种主要的方式用于差 错控制前向纠错(FEC)和检错加自动重传(ARQ)。FEC技术根据接收数据中冗余信息来 进行纠错，特点是“只纠不传”。ARQ技术依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是 “只传不纠”。HARQ技术综合了 FEC与ARQ的优点，是将FEC和ARQ相结合的一种纠错方法。根 据HARQ技术，发射端会发送具有一定冗余信息的数据。接收端首先进行FEC，如果依然不能 正确解调，则要求发射端重新发送数据。因此，HARQ避免了 FEC需要复杂的译码设备和ARQ 方式信息连贯性差的缺点，并能使整个系统误码率很低。通常，HARQ分为三类，分别是 I 型 HARQ(HARQ-I)、II 型 HARQ(HARQ-II)、III 型 HARQ(HARQ-III)。I型HARQ工作过程如下接收端在纠错不成功后，将接收到的包完全丢弃，并要求 发端重传。重传的数据包将和上一次的一样。II 型 HARQ 属于递增冗余(Incremental Redundancy)的 ARQ 机制。在 HARQ-II 中，接收到的错误数据包不会立即被丢弃，待重传的数据包收到，和错误的数据包合并后再 进行译码，这样就能大幅度提高纠错能力。但是，II型HARQ存在的缺点在于重传数据是冗 余信息，并不包括系统比特。因此当第一次传输的数据包被严重破坏时，则无法恢复系统比 特。III型HARQ对II型HARQ进行了改进，重传的码字具有自解码的能力，并不依赖 于第一次传输的数据。此外，根据重传的冗余版本不同，HARQ-III又可进一步分为两种 一种是只具有一个冗余版本的HARQ-III，各次重传冗余版本均与第一次传输相同，即重传 分组的格式和内容与第一次传输的相同，接收端的解码器根据接收到的信噪比(SNR)加权 组合这些发送分组的拷贝，这样，可以获得时间分集增益。另一种是具有多个冗余版本的 HARQ-III，各次重传的冗余版本不相同，编码后的冗余比特的删除方式是经过精心设计的， 使得删除的码字是互补等效的。因此，合并后的码字能够覆盖FEC编码中的比特位，使译码 信息变得更全面，更利于正确译码。
目前，III型HARQ被广泛应用于移动通信标准中(如3GPP，3GPP-LTE，WiMAX, 802. 16m)。传统III型HARQ的重传机制如图1所示。如图1所示，可以将数据帧分成3部分，第一部分是信息比特，第二部分是保留的 校验比特，第三部分是打掉(删除)的校验比特。同时，在重传过程中，会采取两种不同的 调制映射方式。在图1中采用“方格”来表示第一映射方式，采用“斜线”来表示第二映射 方式。这里，可以采用多种不同的映射方式，包括但不局限于16QAM。例如，64QAM，16PSK， 64PSK等等。图2示出了基于16QAM的第一种映射方式，图3示出了基于16QAM的第二种映 射方式。在第一次传输的时候，为了提高传输码率，发射端只传输信息比特部分和保留的 校验比特部分，并且采用第一种映射方式来调制信息比特部分和保留的校验比特部分。在 第二次传输的时候，发射端传输信息比特部分和删除的校验比特部分，其中采用第二种映 射方式来调制信息比特部分，采用上述第一种映射方式来调制打掉的校验比特部分。由于传统的III型HARQ的传输机制没有将编码和调制联合考虑，因此其二次重传 的性能并不是很理想。此外，由于在第二次重传传统的方法采用两种的调制映射方式，如果 帧的映射发射错误，第二次重传就无法获得第二次重传的映射方式，同时不知道两种映射 方式的分界点。
发明内容
因此，本发明针对传统的III型HARQ机制存在的缺点，通过将递增冗余(IR)的 ARQ机制(III型HARQ)中的高阶调制(如16QAM)与卷积turbo编码(Convolutional Turbo Coding)结合，提出一种新的重传机制。根据本发明的第一方面，提出了一种HARQ重传方法，包括步骤利用卷积Turbo编码方法将要传输的信息编码为信息比特、保留的校验比特以及 删除的校验比特部分；针对要传输的信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分中的每一个的 第一次传输及其后的n次重传，对于每两次连续的传输分别采用不同的调制映射方式对相 应的要传输部分进行调制，并发射已调制的信号，其中n是大于等于零的整数。根据本发明的第二方面，提出了一种发射机，包括卷积Turbo编码器，对信息比特进行卷积Turbo编码，得到编码后的信息比特、保 留的校验比特以及删除的校验比特部分；调制模块，将编码后的比特映射到调制星座图上，得到调制后的码元；多天线发射模块，将调制后的码元映射到多个天线上；导频信号插入模块，在调制后的码元中间插入导频信号，以便用于接收端的信道 估计；IFFT变换模块将插入导频后的码元序列进行IFFT变换以便映射到0FDM子载波 上，并由相应的天线进行发射；其中，针对要传输的信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分中的每 一个的第一次传输及其后的n次重传，对于每两次连续的传输分别采用不同的调制映射方 式对相应的要传输部分进行调制，并发射已调制的信号，其中n是大于等于零的整数。
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本发明的传输机制的性能要优于传统的III型HARQ传输机制，同时提高了传输时
的鲁棒性。
图1示出了根据本发明的HARQ重传机制的示意图2是示出了第一种映射方式的示意图3是示出了第二种映射方式的示意图4示出了根据本发明的发射机的总体方框图5示出了 CTC编码器的结构图6示出了根据本发明的接收机的总体方框图7示出了根据本发明的CTC解码器的结构图8示出了根据本发明的HARQ重传机制的示意图9示出了使用本发明的方法与现有技术方法的性能比较。
具体实施例方式本发明根据CTC编码和解码特性提出了一种IR HARQ传输方法。下面将参考图 4-8来详细描述根据本发明的基于CTC的HARQ重传方法。首先参考图4和图5来描述根据本发明的发射机的操作。图4是示出了根据本发 明的发射机的方框图。如图4所示，发射机可以包括CTC编码模块、调制模块、多天线发射 处理模块，导频信号插入模块、IFFT变换模块和发射天线。其中，CTC编码模块用于对信息 比特进行卷积Turbo编码，得到编码后的比特。调制模块将编码后的比特映射到调制星座 图上，得到调制后的码元。多天线发射模块将调制后的码元映射到多个天线上，导频信号插 入模块在调制后的码元中间插入导频信号，以便用于接收端的信道估计。IFFT变换模块将 插入导频后的码元序列进行IFFT变换以便映射到OFDM子载波上，并由相应的天线进行发 射。具体地，图5示出了 CTC编码模块的详细结构图。图5所示的编码模块总体上可 以包括1/3 CTC编码器501、交织器502、码元选择器503以及打孔器504。如图5所示，首 先将输入信息比特输入1/3 CTC编码器501。这里，经过1/3 CTC编码器501编码后输出的 比特信息和校验比特个数是信息比特数的3倍。随后，利用交织器502对编码后数据进行 交织处理。然后打孔器503根据所需的传输速率对交织后的数据打孔，即选择要发送的数 据比特，从而体改编码效率。随后，利用调制模块对要发送的数据比特进行调制，得到编码 后的比特序列，并发送编码后的比特序列。具体地，在1/3 CTC编码器501中，采用双二进制循环递归系统卷积码 (duo binary Circular Recursive Systematic Convolutionalcode)作为其成份石马 (constituent code)。如图5所示，1/3 CTC编码器401可以包括CTC交织器和成份编码 器，其中CTC交织器的输入A和B代表输入的信息比特，它需要进行两次编码。首先，直接 对信息比特A、B进行双二进制循环递归系统卷积编码，将一组信息比特同时输入到 该卷积编码器中进行编码，当开关打到位置1时，得到了校验序列Y” ff10当开关打到位置 2时，得到校验序列Y2和W2。
如图5所示，交织器502包括交织模块和码元选择模块。其中交织模块将编码后 的比特进行交织，重新排列编码后的比特数据位置。经过交织器进行交织处理后，输出的序 列为(ABYJ2 W^)。通过码元选择器和打孔器对得到的该序列进行处理，码元选择器针对 重传操作选取缓冲器的开始位置，并打掉多余的校验比特，得到所需的信息比特和保留的 校验比特，以提高编码速率。将得到信息比特和保留的校验比特输入到调制模块，以进行映 射。本发明的主要改进在于调制模块的处理。根据本发明的基本思想，在第一次传输 的过程中，由于需要提高码率，因此WiW2被删除，只传输ABYJ2，同时利用第一种调制映射方 式(例如图2所示的调制映射方式)对其进行调制。采用与第一种调制映射方式不同的第 二种调制映射方式(例如图3所示的调制映射方式)来调制信息比特部分，采用第一种调 制映射方式来调制删除的(打掉的)校验比特部分。根据本发明，重传机制遵循了时间分集思想，在解码软值合并的情况下也遵守均 衡原理。即比特调制时的可靠性应该均衡，如果第一次在调制可靠性高的位置传输，那么下 一次就应该在调制可靠性低的位置传输，从而保证在多次传输后所有比特的可靠性大致相 同。下面参考图6和图7来描述根据本发明的接收机的操作。图6示出了根据本发明 的接收机的总体方框图。如图6所示，接收机可以包括FFT模块，用于将OFDM的码元转换 成基带调制码元；信道估计模块，将接收到的调制码元除去信道影响；MIM0多天线接收处 理模块，将多个天线的接收多个数据流合并成一个数据流；解调模块，用于将调制码元映射 成比特数据；CTC解码模块，从带有校验比特的数据流恢复出信息比特数据流。图7示出了根据本发明的CTC解码器的结构图。如图7所示，Ys(Ak，Bk)表示接收端接收到的信息比特，YP(Alk，Blk)表示为接收端接 收到的第一次编码的校验比特，InP。u广(ivVh和InP0Utex(uk/y)n分别表示为第一个解码器 和第二个解码器的对数域信息比特外概率信息输出，InPOvVh和InP(uk/y)n分别表示为 第二个解码器和第一个解码器的对数域信息比特外概率信息输入，A/(Sn = s),B0I(S0 = s) 和ANn(SN = s),B0n(S0 = s)表示在初始状态和结尾状态S。和SN都等于s时的信息比特输 出，InP(uk/y)，表示解码迭代的最终输出的信息比特概率信息.以下将详细描述解码的过程。首先，接收到的信息比特软值和第一次编码的校验 比特同时输入到第一个MAP(最大似然译码)解码器，以进行译码。经译码得到并输出对数 域信息比特外概率信息。通过交织器，与通过交织器后的信息比特和第二次编码的校验比 特一起输入到第二个MAP解码器，进行译码并输出对数域信息比特外概率信息。通过解交 织器输入到第一个MAP解码器。重复上述处理进行译码迭代。当迭代数次后，输出最终的 信息比特概率InP(uk/y)，输入到解交织器和硬判决器后得到译码后的信息比特(Ak，Bk)。在接收机侧，和Wi校验比特为一组，与信息比特A和B —起作为第一 MAP解码 器的输入，Y2和W2校验比特为一组，与信息比特A和B —起作为第二 MAP解码器的输入。 根据CTC解码特性，希望两个解码器的软值输入的可靠性比较均衡，S卩，如果第一个解码器 输入的软值可靠性为一高一低，那么就希望第二个解码器的输入的软值的可靠性为一高一 低。由于传统的IR HARQ的传输机制中没有利用CTC解码特性，而导致了在第一个解码器 的输入的软值可靠性都是高，而在第二个解码器输入的软值可靠性都 低。这导致CTC编码方法的性能损失。本发明将CTC的编解码特性与调制相结合。在第二次传输中，将信息比特和校验位都使用第二种编码方式，从而克服了传统方法的缺陷，提高了系统的性能。同时，本发明的重传机制遵循了时间分集思想，在解码软值合并时也遵守均衡原 理。即比特调制时的可靠性应该均衡。如果第一次在调制可靠性高的位置传输，那么下一次 就应该在调制可靠性低的位置传输，而保证在多次传输后所有比特的可靠性大致相同。本 发明具体的传输机制如图8所示。例如，示例性的方法可以描述如下1.第一次传输，发射端传输信息比特部分和保留的校验比特部分，并且第一次传 输的调制映射方式采用第一种调制映射方式(例如图2所示的调制方式)；2.第二次传输(第一次重传)，发射端传输信息比特部分和删除的校验比特部分， 其中采用与第一种调制映射方式不同的第二种调制映射方式来调制信息比特部分，采用第 一种调制映射方式来调制删除的(打掉的)校验比特部分(例如图3所示的调制方式)；3.第三次传输(第二次重传)，发射端采用第二种调制方式对保留的校验比特部 分和删除的校验比特部分进行调制；4.第3n+l次重传方式和第一次传输的方式一致，第3n+2次重传方式和第二次传 输的方式一致，第3n+3次重传方式和第三次传输的方式一致。事实上，根据本发明的原理，以上示例可以有多种变体，只要对于每一次传输及重 传，本次传输与上次传输对于信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特中的每一个 均采用了不同的调制方法，即可解决本发明的技术问题。即，以信息比特为例，如果本次传 输利用第一种调制方法对信息比特进行调制，则对于信息比特的下一次传输，应采用不同 的调制方式。这里应注意，以上述示例为例，在第一和第二次传输中传输了信息比特，而在 第三次传输中没有传输比特，则对于信息比特的第三次传输(整体的第四次传输)，采用与 对于信息比特的第二次传输(整体的第二次传输)不同的调制方式，依次类推。发明的效果如图9所示，从图9中可以看出，在二次重传的时候，本发明的性能要 优于传统方法，在三次重传的时候本发明的性能与传统的方法的性能一样。由于在实际系 统中，二次重传的概率要大于3次重传，而且由于本发明的二次重传的性能优于传统的二 次重传，因此本发明较传统方法可以节省更多的资源。
权利要求
一种HARQ重传方法，包括步骤利用卷积Turbo编码方法将要传输的信息编码为信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分；针对要传输的信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分中的每一个的第一次传输及其后的n次重传，对于每两次连续的传输分别采用不同的调制映射方式对相应的要传输部分进行调制，并发射已调制的信号，其中n是大于等于零的整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于第一次传输，发射端采用第一调制映射方式 对要传输的信息比特和保留的校验比特进行调制；当需要第一重传时，发射端采用与第一 调制映射方式不同的第二调制映射方式对要传输的信息比特进行调制，并采用第一调制映 射方式对删除的校验比特进行调制；当需要第二重传时，发射端采用第二调制方式对要传 输的保留的校验比特和删除的校验比特进行调制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在第一调制映射方式中在可靠性高的位置 传输的比特在第二调制映射方式中被置换到可靠性低的位置进行传输。
4.一种发射机，包括卷积Turbo编码器，对信息比特进行卷积Turbo编码，得到编码后的信息比特、保留的 校验比特以及删除的校验比特部分；调制模块，将编码后的比特映射到调制星座图上，得到调制后的码元；多天线发射模块，将调制后的码元映射到多个天线上；导频信号插入模块，在调制后的码元中间插入导频信号，以便用于接收端的信道估计；IFFT变换模块将插入导频后的码元序列进行IFFT变换以便映射到OFDM子载波上，并 由相应的天线进行发射；其中，针对要传输的信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分中的每一个 的第一次传输及其后的η次重传，对于每两次连续的传输分别采用不同的调制映射方式对 相应的要传输部分进行调制，并发射已调制的信号，其中η是大于等于零的整数。
5.根据权利要求4所述的发射机，其中，对于第一次传输，所述调制模块采用第一调制 映射方式对要传输的信息比特和保留的校验比特进行调制；当需要第一重传时，所述调制 模块采用与第一调制映射方式不同的第二调制映射方式对要传输的信息比特进行调制，并 采用第一调制映射方式对删除的校验比特进行调制；当需要第二重传时，所述调制模块采 用第二调制方式对要传输的保留的校验比特和删除的校验比特进行调制。
6.根据权利要求4或5所述的发射机，其特征在于在第一调制映射方式中在可靠性 高的位置传输的比特在第二调制映射方式中被置换到可靠性低的位置进行传输。
全文摘要
一种HARQ重传方法，包括步骤利用卷积Turbo编码方法将要传输的信息编码为信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分；针对要传输的信息比特、保留的校验比特以及删除的校验比特部分的第一次传输及其后的n次重传，对于每两次连续的传输分别采用不同的调制映射方式对相应的要传输部分进行调制，并发射已调制的信号，其中n是大于等于零的整数。本发明的传输机制的性能要优于传统的III型HARQ传输机制，同时提高了传输时的鲁棒性。
文档编号H04L1/18GK101877629SQ20091013547
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者周雷, 赵铮, 郑旭峰 申请人:三星电子株式会社;北京三星通信技术研究有限公司